宇宙創(chuàng)世之謎

孫文德

死光之源

在無垠太空的深處，潛藏著可怕的毀滅之光。毀滅之光所到之處，一切生命都被蕩滌干凈。毀滅之光是在無法想像的巨大物質(zhì)爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的，在浩瀚的宇宙中，這種大爆炸每天都要發(fā)生幾百次。多年來，科學(xué)家一直在探索這種死光的來源?，F(xiàn)在，他們也許終于找到了答案，而這個(gè)答案也蘊(yùn)含著宇宙創(chuàng)世的大秘密：宇宙是怎樣誕生的?生命是如何出現(xiàn)的?當(dāng)我們仰望夜空的時(shí)候，能看到滿天繁星閃爍，然而，很多億年前，宇宙并不是現(xiàn)在這個(gè)樣子。那時(shí)的宇宙一片黑暗，沒有生命，沒有星星——那就是宇宙大爆炸剛剛止息之時(shí)。

宇宙開始于140億年前的一次大爆炸，當(dāng)時(shí)的宇宙是一只巨大的火球，然后它慢慢冷卻下來。大約50萬年后，宇宙進(jìn)入絕對(duì)黑暗時(shí)期，一直等到第一批恒星的形成，才重新點(diǎn)亮了它。隨著宇宙黑暗時(shí)期的結(jié)束，了解這一時(shí)期奧秘的機(jī)會(huì)也隨之而去。這些奧秘包括：第一批恒星是怎樣形成的?誰是萬物的創(chuàng)造者?恒星是宇宙的工廠，在它們?nèi)紵膬?nèi)核里，制造出了我們今天能看到和觸摸到的所有元素。如果沒有第一批恒星，就不會(huì)有銀河系、太陽、地球和人類。這個(gè)創(chuàng)世故事的最大疑團(tuán)是，如果這些恒星創(chuàng)造了萬物，那么這些恒星又是怎樣被制造出來的呢?這是一項(xiàng)極為艱難的探索，因?yàn)闆]有光線能讓我們看見宇宙的黑暗時(shí)期。太陽光需8分鐘才能到達(dá)地球，當(dāng)我們看到太陽時(shí)，看到的其實(shí)是8分鐘以前的太陽；當(dāng)我們看到更遠(yuǎn)地方的恒星時(shí)，看到的其實(shí)是更久以前該恒星的狀態(tài)；如果我們能看到離我們有10萬光年遠(yuǎn)的恒星，那么看到的只是它10萬年前的樣子。

但不管怎樣努力地往回看，我們都無法回望到宇宙的黑暗時(shí)期，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)看不見140億年前發(fā)生的光線。然而，那種能摧毀一切的死光似乎正要照亮宇宙的黑暗時(shí)期，揭示宇宙中第一批恒星是怎樣產(chǎn)生的。

死光是什么？

那么，死光是什么呢?

發(fā)現(xiàn)死光的故事要追溯到20世紀(jì)50年代，那時(shí)的世界被核威脅籠罩著。美國的統(tǒng)治者荒唐地確信，他們的死對(duì)頭前蘇聯(lián)正在暗中加緊開發(fā)核武器，而且核武器的試驗(yàn)場不是在海洋里，也不是在沙漠里，甚至不是在地球上，而是在月球的背面。

為此，美國專門制造了一系列可用來監(jiān)視月球背面核爆炸的偵察衛(wèi)星，并把它們送入了預(yù)定軌道。這些衛(wèi)星裝有非常敏感的伽馬射線探測器。伽馬射線是宇宙能量中最具穿透力的致命死光，也是核爆炸無可遁形的痕跡。只要有核爆炸發(fā)生，就會(huì)有大量的伽馬射線被釋放出來。然而，美國衛(wèi)星并沒有探測到前蘇聯(lián)的核爆炸，卻探測到了比核爆炸更具威脅的巨大爆炸。1967年7月2日，美國衛(wèi)星探測到了一次巨大的伽馬射線爆發(fā)。通常，在一次常規(guī)核爆炸試驗(yàn)中，伽馬射線的釋放有兩次高峰，第一次釋放出伽馬射線的量要小得多，緊接著第二次釋放的伽馬射線數(shù)量才會(huì)激增。可是美國衛(wèi)星所接收到的伽馬射線能量之大，持續(xù)時(shí)間之長，簡直令人不可思議。

當(dāng)時(shí)，沒有人能解釋這個(gè)奇怪的現(xiàn)象。有一段時(shí)間，甚至謠傳在銀河系某處正發(fā)生一場星際大戰(zhàn)，衛(wèi)星測到的伽馬射線是他們打偏了目標(biāo)造成的。還有更奇異的說法，說那是小型黑洞蒸發(fā)的結(jié)果，或者是彗星正在消滅反物質(zhì)。

在百思不得其解的情況下，科學(xué)家只得求助于愛因斯坦那舉世聞名的物理學(xué)公式E=mc2。這個(gè)公式中包含著現(xiàn)代科學(xué)對(duì)宇宙工作原理的諸多假設(shè)，也限定了物質(zhì)爆炸的最大能量，沒有哪一種爆炸能超過這個(gè)公式所確定的能量。如果伽馬射線是來自于某一恒星，只要知道該恒星的質(zhì)量，質(zhì)能公式就會(huì)告訴你爆炸的能量有多大。

一旦知道了引起爆炸的星體質(zhì)量的大小，就能計(jì)算出星體有多遠(yuǎn)。科學(xué)家把這個(gè)數(shù)值帶入公式后，發(fā)現(xiàn)這一爆炸就發(fā)生在銀河系。但這一爆炸所需的質(zhì)量遠(yuǎn)大于銀河系中的任何一顆恒星，于是，科學(xué)家又對(duì)銀河系進(jìn)行了一次大搜捕，試圖找到肇事星球。不久，科學(xué)家認(rèn)為自己找到了禍?zhǔn)住凶有?。中子星是銀河系中最強(qiáng)大的星體之一，它的密度很大，因此引力也很大，任何在太空游蕩的物體只要稍稍靠近它，都會(huì)被它的引力吸引過去。中子星通常只有12千米的直徑，卻有太陽那么大的質(zhì)量。只要往它上面扔一顆糖，就會(huì)引起原子彈那么大能量的爆炸。

中子星似乎有足夠的質(zhì)量來制造伽馬射線大爆發(fā)，可問題是，是什么原因激發(fā)中子星發(fā)射伽馬射線呢?有很多關(guān)于中子星的理論，其中一種認(rèn)為，只要有物質(zhì)落在中子星上，就會(huì)釋放大量能量。有人由此推斷，中子星之所以釋放伽馬射線，是因?yàn)橛形矬w與中子星相撞，比如一顆小行星落到了中子星表面。這一觀點(diǎn)很快就被廣為接受，人們甚至開始推測伽馬射線可能對(duì)地球造成的影響。有些生物學(xué)家認(rèn)為，地球上的幾次物種大滅絕很可能是由中子星釋放伽馬射線引起的。如果伽馬射線在地球附近大爆發(fā)，就相當(dāng)于無數(shù)核彈落到了地面上，那么地球空氣會(huì)因?yàn)楸ㄡ尫诺臒崃慷郎兀M(jìn)而流動(dòng)加速，颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、驚濤駭浪會(huì)遍布全球。也許在銀河系中，一些文明已經(jīng)被中子星的爆炸給摧毀了。在未來的幾百萬年里，這樣的厄運(yùn)會(huì)降臨到地球人的頭上嗎?科學(xué)家認(rèn)為，這種概率是非常微小的，也就是說地球很安全。

可是，禍?zhǔn)渍娴氖侵凶有菃?

為探明真相，美國普林斯頓大學(xué)的天文學(xué)家博丹·帕克岑斯基教授把注意力放在了伽馬射線出現(xiàn)的方向和它們?cè)诳臻g的分布上。他首先把目光投向銀河系。當(dāng)我們抬頭望天，看到的銀河系是一條狹窄的星群帶，天文學(xué)家稱之為“銀道面”。我們看見的銀道面是被扭曲了的，因?yàn)槲覀兩硖庛y河系邊緣。事實(shí)上，銀河系是太空中一個(gè)直徑達(dá)10萬光年的扁平圓盤。如果伽馬射線的爆發(fā)就發(fā)生在銀河系，那么它們就應(yīng)該來自銀道面附近，并有向銀河系中心集中的趨勢。

但當(dāng)帕克岑斯基把可用的資料拼湊在一起時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)情況完全不是這樣的。伽馬射線的爆發(fā)似乎分布于整個(gè)空間，而與銀道面和銀河系中心沒有特殊關(guān)系。這就是說，伽馬射線的爆發(fā)不可能是在銀河系里，有關(guān)伽馬射線爆發(fā)的中子星理論是錯(cuò)誤的。伽馬射線的爆發(fā)應(yīng)該來自于位于更遠(yuǎn)地方——宇宙另一端的更大物體。不過，要想確認(rèn)帕克岑斯基的理論，就必須觀察到更大能量的爆炸，但問題是任何已知恒星都不可能產(chǎn)生如此大的爆炸。

當(dāng)帕克岑斯基發(fā)表他的理論時(shí)，所有人都認(rèn)為他瘋了，因?yàn)橹挥性谝环N情況下他才會(huì)是正確的，那就是愛因斯坦錯(cuò)了，愛因斯坦的質(zhì)能公式也錯(cuò)了!很快，帕克岑斯基就被人遺忘了。5年后的1991年，NASA發(fā)射了一顆探測衛(wèi)星，上面攜帶有最先進(jìn)的探測設(shè)備，能全面探測伽馬射線。第一批傳回的資料便大大超出人們的預(yù)料：伽馬射線的爆發(fā)不是分布在銀道面，而是隨機(jī)分布在整個(gè)天空。衛(wèi)星收集的資料越多，就越表明一個(gè)事實(shí)：那些爆發(fā)的伽馬射線不是來自于銀河系，而是來自于浩瀚的宇宙。

帕克岑斯基勝利了!但他卻把整個(gè)物理學(xué)推到了懸崖邊緣。如果伽馬射線的爆發(fā)確實(shí)來自銀河系以外，那就不是今天的科學(xué)所能解釋的，因?yàn)樗`背了愛因斯坦的質(zhì)能公式，而這似乎又是不可能的。因此，測量伽馬射線爆發(fā)的距離就成了天文學(xué)家最迫切的任務(wù)。

尋找死光余暉

天文學(xué)家在測量太空中遠(yuǎn)離地球的天體與地球之間的距離時(shí)，采用的是一種叫做“紅移”的技術(shù)。利用該技術(shù)，也可測量射線爆發(fā)離地球有多遠(yuǎn)，其原理是：大多數(shù)爆炸都會(huì)發(fā)出可見光，把這些可見光分解成連續(xù)光譜，如果物體距地球越遠(yuǎn)，則光譜中紅光的成分越多。雖然伽馬射線不屬于可見光，也不會(huì)產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，但當(dāng)伽馬射線穿越太空時(shí)，會(huì)碰到飄浮在太空中的氣體和塵埃。這些氣體和塵埃被加熱后會(huì)發(fā)出可見光，有時(shí)可持續(xù)數(shù)天。如果能找到這些可見光，就可以利用紅移技術(shù)。

1997年5月9日，又一次伽馬射線大爆發(fā)被探測器接收到了。全世界的天文臺(tái)一片忙碌，科學(xué)家們忙著對(duì)望遠(yuǎn)鏡重新編程、重新聚焦，希望能找到伽馬射線燃起的余暉。太幸運(yùn)了!他們找到了。一團(tuán)模糊的光影出現(xiàn)在天空，天文學(xué)家立即對(duì)它進(jìn)行分析：它不在光譜的藍(lán)端(在藍(lán)端就意味著爆發(fā)發(fā)生在銀河系里)，甚至不在綠光的范圍內(nèi)。只要是在黃色光的范圍內(nèi)，就意味著爆發(fā)發(fā)生在銀河以外很遠(yuǎn)的地方?？上膊皇屈S光，事實(shí)上，它很接近光譜的紅色末端，也就是說，爆發(fā)的發(fā)生地遠(yuǎn)在宇宙的另一邊——距離地球達(dá)100億光年。

問題接踵而來。即使把宇宙中的全部星體都放在那么遠(yuǎn)的一個(gè)點(diǎn)上，也不能產(chǎn)生如此強(qiáng)大的伽馬射線爆發(fā)。

莫非，愛因斯坦的質(zhì)能公式錯(cuò)了?

如果愛因斯坦錯(cuò)了，那么整個(gè)宇宙物理學(xué)就會(huì)錯(cuò)了。科學(xué)家們此時(shí)終于意識(shí)到，必須重新審視眼前的“怪物”?？墒?，問題究竟出在哪里呢?

物理學(xué)家常常假設(shè)，當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，能量會(huì)向周圍各個(gè)方向釋放。因此，當(dāng)深空中的伽馬射線爆發(fā)時(shí)，在地球上看到的就只是這種爆發(fā)的很少一部分，如果加上向其他方向釋放的能量，那么全部能量就是一個(gè)天文數(shù)值。事實(shí)上，問題就出在這里。

有人注意到了黑洞。黑洞是恒星耗盡自身的所有燃料后自我塌陷的結(jié)果。黑洞的引力極其強(qiáng)大，能吞噬周圍的一切物質(zhì)，同時(shí)噴出兩道能量流。如果伽馬射線的爆發(fā)也是以狹窄的能量流方式釋放出能量，則符合愛因斯坦的質(zhì)能公式。也就是說，在地球上探測到的能量就是伽馬射線大爆發(fā)時(shí)釋放的幾乎全部能量，爆發(fā)地點(diǎn)就在宇宙的另一邊。不僅如此，伽馬射線的爆發(fā)還可能與恒星死后形成的黑洞有關(guān)。

那么，情況果真如此嗎?

早夭的“巨星”

2001年2月22日，又一次伽馬射線大爆發(fā)開始了。天文學(xué)家在分析了所得資料后，立即感覺到了異常。在通常的爆發(fā)中，能量的釋放會(huì)達(dá)到一個(gè)最高點(diǎn)，然后慢慢衰落。但這次的信號(hào)不僅很強(qiáng)，而且還長時(shí)間保持穩(wěn)定。

究竟哪種爆發(fā)能釋放出如此強(qiáng)大的能量呢?終于有科學(xué)家意識(shí)到，只有一種地方可以發(fā)出如此恒定的信號(hào)，那就是被譽(yù)為“宇宙奇觀”之一的“恒星產(chǎn)房”——恒星誕生的地方，這里每天都有全新的恒星誕生。在所有星系中，都發(fā)現(xiàn)了“恒星產(chǎn)房”，它們由巨大的氣體和塵埃云團(tuán)組成，寬達(dá)數(shù)百光年。在這些云團(tuán)中的某些地方，壓力很高，于是一些高熱、高密度的團(tuán)塊就形成了。隨著溫度越來越高，核反應(yīng)開始了，氣團(tuán)隨之被點(diǎn)燃，變成恒星。由此看來，或許正是在這些“恒星產(chǎn)房”內(nèi)或附近產(chǎn)生了伽馬射線大爆發(fā)。因此，如果在某個(gè)“恒星產(chǎn)房”附近發(fā)現(xiàn)了伽馬射線大爆發(fā)，也就預(yù)示著伽馬射線大爆發(fā)與恒星的形成過程有關(guān)。

可這里又出現(xiàn)了矛盾。一般理論認(rèn)為，伽馬射線爆發(fā)是由黑洞產(chǎn)生的，而黑洞是恒星死亡的結(jié)果，那么伽馬射線又怎么可能來自恒星誕生之地呢?難道恒星會(huì)在“恒星產(chǎn)房”中早夭嗎?事實(shí)上，大多數(shù)恒星的壽命可達(dá)100億年，到它們死亡時(shí)，“恒星產(chǎn)房”早已不復(fù)存在。然而，如果一顆恒星長得很“肥壯”而成為“巨星”，那它的生死周期就會(huì)被大大加速，這是由于“巨星”雖然有更多燃料可供燃燒，卻也燃燒得更加迅猛。也就是說，“巨星”的葬身之地離出生地很近。因此，如果伽馬射線的爆發(fā)來自“巨星”的死亡之地，那么也就是來自它的誕生之地。

因此，有人提出了“超—超新星”理論。隨著“巨星”的形成，一切就在“恒星產(chǎn)房”中開始了。在短短幾百萬年時(shí)間內(nèi)，“巨星”燃盡其內(nèi)核中的燃料，坍塌成為黑洞。隨著黑洞噴出兩道強(qiáng)大的伽馬射線流，“超—超新星”也就形成了。也就是說，我們每次看見伽馬射線大爆發(fā)，就相當(dāng)于目擊“巨星”的死亡和黑洞的誕生。這樣，伽馬射線之謎就被破解了。

不過，故事到此尚未結(jié)束。

回到從前

有人認(rèn)為，伽馬射線大爆發(fā)也許有助于回答另一個(gè)更為關(guān)鍵的問題：在宇宙的黑暗時(shí)期，發(fā)生過什么驚天動(dòng)地的大事?正如本文開始時(shí)所說的，回答這個(gè)問題有助于解開創(chuàng)世之謎。因?yàn)楝F(xiàn)已知道，構(gòu)成宇宙萬物——星系、行星、空氣、骨骼等的所有元素，最初都是在恒星中造就的。事實(shí)上，我們都是星星的一部分——星塵。

如果沒有恒星制造所有的元素，就沒有一切，因?yàn)檎怯捎诤阈堑乃劳?、爆炸才把星塵散布于廣袤的空間，變?yōu)樾纬上乱淮阈堑膲m埃、氣體團(tuán)的重要組成部分。那么，如果說是恒星創(chuàng)造了萬物，那是誰創(chuàng)造了恒星呢?答案就藏身在宇宙之初的黑暗時(shí)期，而伽馬射線的大爆發(fā)也許能讓我們回到非常遙遠(yuǎn)的從前——宇宙黑暗時(shí)期。現(xiàn)在已知，那些伽馬射線大爆發(fā)出現(xiàn)在遠(yuǎn)離地球數(shù)十億光年乃至上百億光年的地方，也就是說，它們發(fā)生在幾十億乃至上百億年以前，其產(chǎn)生的光線經(jīng)過幾十億乃至上百億年才到達(dá)地球。科學(xué)家因此希望，伽馬射線能帶領(lǐng)我們回到創(chuàng)世之初?，F(xiàn)在，伽馬射線大爆發(fā)已把科學(xué)家直接引向“恒星產(chǎn)房”，于是，他們更進(jìn)一步希望，來自最早的“恒星產(chǎn)房”的伽馬射線有朝一日能把他們帶到最早的恒星誕生地。當(dāng)然，迄今為止，還沒有人看到過來自宇宙黑暗時(shí)期——140億年前的伽馬射線爆發(fā)，但可以肯定的是，它的確存在，找到它們只是時(shí)間問題。

耐心等待吧!我們最終必將明白：噢，宇宙萬物原來是這樣來的呀!柳中飛圖